數字時代下流量計檢定數據共享技術的應用

鄔紅波

(中國石化股份有限公司 鎮海煉化分公司,浙江 寧波 315207)

近幾年,流量計作為重要的貿易計量方式,應用的范圍越來越廣,為了保障用于貿易結算的流量計準確可靠,必須定期檢定流量計,通過檢定對其日常的計量性能做出判斷,各類流量計的檢定都是通過流量標準裝置實現的。流量計的檢定控制系統是一個獨立運行的系統,如何實現流量計基礎信息與檢定數據的互聯互通,是數字時代下計量管理必須思考的問題。創建計量數據共享機制,不僅可以實現快速檢定,還可通過數據分析,實現對流量計的長期監管和對流量標準裝置穩定性的監測。本文結合流量計檢定規程和數字時代的發展要求,探討實現流量計檢定數據共享的解決方案。

1 流量標準裝置簡述

流量標準裝置按工作原理可分為靜態質量法、靜態容積法和標準表法裝置,由于受標準表準確度等級條件的限制,標準表法只能檢定準確度等級要求不高的儀表,本文以某煉化企業靜態質量法流量標準裝置為例進行分析,靜態質量法流量標準裝置組成如圖1所示。

圖1 靜態質量法流量標準裝置流程示意

檢定用的純凈水通過水泵打壓,依次流經穩壓罐、被檢流量計臺位、標準表組、換向器、稱重容器。檢定校準時,純凈水經換向器收集至稱重容器,由電子天平稱重,比較被檢表與電子天平讀數,便可獲得被檢表準確度。

流量標準裝置的計量檢定控制系統包括軟件和硬件兩部分: 硬件部分是以PLC為基礎,采用上下位機結構,上位機采用工業級DELL PC站作為人機交互監控界面,下位機采用SIEMENS S7-300 PLC系統作為過程控制單元,上下位機間采用工業以太網互聯;軟件部分按照國家最新頒布的計量檢定規程編寫算法和數據報表并安裝于下位機中,可用于速度式流量計、容積式流量計、質量流量計、電磁流量計、渦街流量計、渦輪流量計、超聲流量計等的檢定校準。

2 現狀與問題

流量檢定裝置是判斷流量計性能的基礎,目前流量計檢定大部分都是通過檢定員查看銘牌,手工錄入出廠編號、型號規格、測量范圍、流量系數等被檢流量計的基本信息;檢定完成后生成的檢定記錄和檢定證書在檢定控制系統中保存與打印。檢定結果與計量管理系統中的設備信息以及其他應用系統互不關聯,檢定記錄和證書不能直接推送至應用系統,形成信息孤島,不符合企業信息化管理與設備完整性管理的要求。

流量計在運行過程中,受工藝操作、運行環境、儀表性能的影響,測量的準確性受到一定程度的制約,開展數據分析是計量數據管理的重要手段,由于沒有數據共享,分析時往往要在不同系統中核查,影響了分析的時效性與準確性。

隨著數字時代的來臨,數據共享逐漸成為計量技術發展的趨勢,采用平臺技術與數據標準接口銜接等方式,可實現流量計檢定數據的多渠道推送和數據深化應用。

3 檢定系統總體架構

流量檢定數據共享遵循“數據+平臺+應用”的信息化技術要求,實現數據的全面感知與實時共享,消除信息孤島,通過 “云、邊、端”工業互聯網平臺架構,標準的插件式接口,搭建了計量檢定控制系統與計量管理系統數據共享架構[1-2],如圖2所示。

圖2 計量檢定控制系統與計量管理系統數據共享架構示意

4 流量檢定數據共享機制

流量標準裝置的計量檢定控制系統是流量檢定數據共享的基礎,不僅包含標準裝置的基礎信息,還包含流量計檢定過程及檢定結果的信息,構建檢定控制系統與計量管理系統的信息共享機制,實現數據互聯互通,可以開展設備運行的可靠性與測量數據的準確性動態分析,是計量設備全生命周期管理的重要內容,也是實現智能計量的基礎。

4.1 計量器具臺賬的建立與檢定計劃的生成

目前,大部分煉化企業已通過計量管理系統建立計量器具臺賬,但還沒有生成統一標識碼對設備進行分類管理,部分企業計量管理系統也已實現檢定計劃的信息化管理,依據周期檢定與臨時檢定需求在該系統中下達檢定任務,檢定部門依據計劃對送檢的計量器具開展檢定。

該系統設置到期檢定與檢定委托提醒功能,對于新采購的流量計,抽檢合格后入庫,同時在該系統中建立計量器具臺賬,對于故障維修后的流量計,通過臨時檢定計劃進入流量計檢定流程。以該企業為例,內部各單位的分工設置包括: 計量專業部門對企業計量器具實行統一管理,各運行部負責本單位計量器具的使用、維護及管理工作;物資采購部門負責計量器具采購、抽檢和入庫驗收;檢定站負責計量器具的檢定/校準以及對故障計量器具的維修。各單位在計量管理系統中發起委托并將計量器具送至檢定站,由檢定站負責接收。

4.2 數據采集

計量器具二維碼唯一標識的推行,使計量器具基本信息采集方式有了根本性的改變,檢定時只要通過手機或其他移動終端上的檢定軟件App,掃描器具上的“二維碼”,就可以完成信息的讀取[3],所讀取的信息包含: 器具類別、器具位號、器具出廠編號、測量范圍、準確度等級等,并通過“5G”無線網絡實時上傳至檢定控制系統,實現信息溯源。通過該方式,流量標準裝置可以方便地采集到被檢流量計的基本信息,并自動將信息代入流量計檢定記錄的相應字段中生成流量計基礎數據。

4.3 檢定數據的傳輸

檢定員根據檢定規程或生產實際需要完成檢定點設置后,流量標準裝置進行自動檢定,檢定過程的數據,在檢定結束后自動生成標準格式的數據記錄,步驟如下:

1)檢定數據和檢定記錄、證書通過接口存放于系統服務器的數據擺渡區,計量管理系統定期從數據擺渡區取回數據和文檔,存放入計量管理系統檢定流程中的檢定記錄確認界面,點擊臺賬更新后,檢定證書自動保存在計量器具臺賬中,便于查詢。

2)為了便于追蹤和分析貿易流量計的計量性能,計量管理系統還存儲檢定過程的各項數據,通過查閱儀表各流量點的誤差、重復性等數據,分析儀表的性能與貿易交接計量數據的準確性,為計量糾紛的處理提供技術支持。流量計檢定記錄中的各項數據以表單形式保存,通過數據擺渡區接口存放在計量管理系統的流量計檢定數據庫中,供隨時提取。

每臺流量計經過長期運行,累積了大量的檢定數據,通過分析流量計的計量性能變化趨勢,對于計量流量計長周期運行性能的評估,確定檢定周期間隔和日常維護都有較高的應用價值。當流量計在實際運行中遇到問題時,也可從檢定數據的角度幫助分析差異原因,起到事半功倍的效果。

5 流量檢定數據應用及效果

5.1 檢定裝置的質量控制

目前,對于流量標準裝置的定期核查[4],多以性能穩定、高精度的質量流量計作為核查標準。由于檢定控制系統中各種配套設備及流量標準裝置運行的穩定性對檢定結果影響較大,構成了一個較為復雜的系統,單一的定期核查方法很難發現部分問題,而且該方法間隔比較長,一旦發現問題,要追溯比較困難,所以通過在檢定過程中獲取的各種數據開展大數據分析,保證檢校結果質量具有重要意義。靜態質量法與標準表法流量檢定裝置一般采用共用檢測管路設計,如果以流量計標準表法核查靜態質量法標準裝置可以達到事半功倍的效果。

本文介紹的靜態質量法流量標準裝置和標準表法標準裝置采用共用檢測管路,分別在DN25,DN40,DN50,DN80,DN100,DN150,DN200,DN250,DN300共9條獨立檢定管線上配置了準確度等級為0.2%的進口電磁流量計和準確度為0.05%的高精度科里奧利質量流量計作為標準表。以下以管徑DN80為例,介紹利用質量法流量標準裝置對電磁流量計的校準,檢定結果如圖3所示。

圖3 DN80上電磁流量計的檢定結果示意

由圖3可知,選用的電磁流量計的準確度滿足誤差為0.2%的要求。

在積累裝置性能的基礎上有效設置平均值控制圖和標準差控制圖的控制限,并對數據進行判定,均未出現異常數據點,表明質量法流量標準裝置是可控的。

5.2 共享數據的應用

對于日常貿易交接數據管理,大部分煉化企業都會將數據采集到計量管理系統中實現自動比對和超差報警以監控流量計的運行狀態[5]。當出現異常時,可隨時調用流量計檢定數據,以檢定角度分析的結果作為差異分析的原因之一。

以該煉化企業92號汽油管輸流量計出廠計量為例,采用流量計量表與油罐計量數據進行比對,2022-01-09—2022-02-28期間連續22筆數據比對,比對差異正偏差的有19筆,占86.3%,油罐計量和流量計計量比對差率如圖4所示。

圖4 油罐計量和流量計計量數據比對差率示意

發現差異后,技術人員調用最近一次該流量計的檢定數據,查看常用流量點附近示值誤差正常。排查示值誤差原因外,發現因工藝操作變化引起輸送壓力變化,原設置的壓力補償方法錯誤,調整后比對差異正常。

計量檢定數據的溯源與測量結果的比對,是測量過程管控的重要內容,只有在數據共享機制下,才能實現數據的互聯互通,把各項關鍵數據存放計量管理系統的數據中心,實現數據的集中管理,才能實現跨系統間敏捷控制與回歸分析,提高計量數據分析的唯一性和實時性。

6 結束語

基于“數據+平臺+應用”的信息化技術,搭建了流量標準裝置與計量管理系統數據共享架構,通過檢定數據共享,該方式大幅提高了流量計的檢定效率。隨著數字時代的來臨,運用大數據、云計算、AR/VR等技術構建智能計量云平臺,實現“云抄表”“云送檢”等智能計量管控模式,是計量管理與信息化的深度融合的最好闡述,進一步拓展檢定業務與計量數據的服務能力。